在科学技术中，液氦是一种不可替代的物质。例如，需要操作量子计算机。近几个月来，稀有气体供应不足。严重短缺是如何发生的？   不仅向日葵油和柴油变得更加昂贵——氦也是如此。近几个月来，这种惰性气体的价格翻了一番。目前需求远远超过供应。需要液氦作为实验冷却剂的科学家尤其受到氦气严重短缺的影响。   例如，大多数量子计算机只能在接近绝对零（0 开尔文）的温度下运行，并且必须用液氦（4 开尔文）冷却。但磁共振断层扫描仪和粒子加速器中的超导线圈也依赖于氦气   尽管美国本身是世界上最大的氦气生产国，但由于氦气供应不足，美国各个研究实验室的实验不得不停止。氦气供应商已将其客户的通常交付数量减少了约 50%。如果你想在没有固定合同的情况下购买氦气，你成功的机会很小。   氦气的严重短缺是如何发生的？首先，您必须知道氦气以少量存在于天然气矿床中。惰性气体可以与化石燃料一起提取，并在进一步加工过程中与之分离。卡塔尔是仅次于美国的第二大氦生产国，俄罗斯也是氦出口国   当某些放射性元素衰变时，氦在地壳中形成。在这个过程中释放的阿尔法粒子只不过是带双正电荷的氦原子核。   如果捕获两个带负电的电子，就会形成一个氦原子。这可以被困在矿物中或在地壳中上升，然后最终形成天然气气泡。   俄罗斯和卡塔尔的失败   当前的氦危机是几个因素不幸巧合的结果。首先，1 月中旬，美国一家重要的氦生产厂因泄漏而不得不关闭——德克萨斯州的Cliffside 粗氦浓缩厂。   不幸的是，年产氦气约5000万立方米的俄罗斯氦气厂阿穆尔也在1月份发生爆炸后倒闭。尽管西方没有对进口俄罗斯氦气的制裁，而且俄罗斯天然气工业股份公司已宣布将在第三季度恢复生产，但问题是是否可以在中期内将来自俄罗斯的氦气交付考虑在内。毫无疑问，俄罗斯也将能够将备受追捧的惰性气体出售给中国。   毕竟，卡塔尔三分之二的氦气生产厂目前由于维护工作而没有运行。不过，据说他们很快就会再次供应氦气，这样氦气市场的情况就会缓和下来。   当前的氦气危机清楚地表明，这种通常只与漂浮的气球和米老鼠的声音有关的稀有气体对于科学技术的成功具有重要的战略意义。   操作高灵敏度磁传感器也需要液氦。所谓的鱿鱼传感器可用于测量极弱的磁场，例如由脑电波引起的磁场。   在军队中，Squid 传感器用于检测潜艇发出的磁场。即使是微芯片和火箭制造商也离不开氦气。   替代氦气的最简单方法可能是在食物中。在那里，它被用作 E939 的推进剂。

包括乌克兰战争在内的世界性事件导致美国一度出现大量产品短缺，从宠物食品和家禽到微芯片、新车和为其提供动力的汽油，应有尽有。 但是，另一种稀有气体的供应正在萎缩，价格飞涨，这种气体对从迈阿密戴德犯罪和法医实验室到南佛罗里达气球业务的众多企业都至关重要。   全国氦气短缺引发了全国范围内关于配给的讨论，并迫使一些科学研究实验室保存其供应。这包括迈阿密戴德警察犯罪实验室——上周不得不为每罐氦气支付惊人的 1,800 美元——来运行仪器来识别致命药物，以及使用这种气体来检测死者血液的法医办公室。 “我在法医诊所工作了将近 43 年，其中有 30 多年管理实验室，而这从未发生过，”毒理学助理主任 George Hime 说。 压缩气体的功率更大。氦气还用于冷却医院的 MRI 机器、制造广泛使用的半导体并帮助焊工开展业务。   人们也从气球中吸入它，像卡通鸭子一样说话——包括一位化学播客主持人来解释持续的氦气市场短缺。（虽然伤害很少见，但医生建议不要这样做，因为它会使氧气水平直线下降）。   '短缺4.0' 稀缺气体并不是什么新鲜事——今年被称为“氦气短缺 4.0 ”，是过去二十年来最新的一次。本月的短缺是全球几家主要供应商停产以及俄罗斯入侵乌克兰引发的地缘政治涟漪共同作用的结果。   氦气是天然气钻探的副产品，美国的氦气储备位于德克萨斯州的阿马里洛。该保护区由美国土地管理局运营，通常通过管道将氦气从一个巨大的洞穴输送到购买了天然气的私人公司。但该局在一份声明中表示，去年联邦调查局因不安全条件关闭了该设施，并且仍然关闭“以解决安全措施和进行必要的维护”。   该局没有说明何时恢复释放氦气。 “作为一个行业，我们一直在试图理解为什么这件事还没有启动和运行，”代表私营氦气公司并一直在游说美国国会介入的压缩气体协会主席 Rich Gottwald 说。地下所有的氦气。我们的成员无法访问他们拥有的东西，这对各州的氦气供应造成了真正的限制。” 另一个主要的氦生产国卡塔尔的两家工厂在 2 月和 3 月关闭进行维护，进一步抑制了全球供应。 该行业一直期待俄罗斯在西伯利亚刚刚起步的天然气工厂最终将提供世界上很大一部分氦气。但是阿穆尔工厂的火灾已经停止了氦气的生产，并且仍然处于离线状态。无论如何，美国也不会从俄罗斯的氦气中受益，因为制裁是由于乌克兰入侵而实施的。 俄罗斯的血腥入侵产生了另一个影响。据《化学与工程新闻》的克雷格·贝滕豪森（ Craig Bettenhausen）称，阿尔及利亚已将天然气重新导向欧洲——欧洲迫切希望摆脱俄罗斯石油的依赖——但并未将氦气作为副产品生产。   尽管俄罗斯的氦气可能要到 2023 年或 2024 年才能流通，但如果得克萨斯州的设施很快恢复，短缺可能会得到缓解。“今年下半年短缺情况应该会变得不那么严重，”新泽西州的行业顾问菲尔·科恩布鲁斯说，他为行业出版物 Gas World 撰稿。 配给供应 因此，目前，世界上最大的四家氦气供应商已经开始配给氦气，Kornbluth 说，优先考虑他们在医疗和国防等重要行业的客户。 到目前为止，医院和诊所还没有看到太多下降。迈阿密的杰克逊健康系统使用氦气进行核磁共振成像，并与呼吸困难的患者混合氧气。Jackson Health 发言人 Lidia Amoretti 说：“我们已经与供应商确认我们没有问题，应该有足够的供应给我们。” 但对于不太关键的操作，如犯罪实验室，供应问题来了。 迈阿密戴德犯罪实验室是法医局的一部分，通常每年处理 6,000 到 7,000 起毒品案件。该实验室通常每月使用大约 6 个 300 立方英尺的水箱，过去每个单位的成本约为 74 美元。 这些坦克通过六条线连接到一层楼的犯罪实验室，在那里它们连接到称为气相色谱质谱仪的机器。无色、无味的氦气充当“载体”，将正在测试的液体物质样品推进机器中，以便分离和识别其化学成分。 但在 4 月 9 日，得克萨斯州 NexAir 公司的一位代表在向该部门发送坏消息时引用了乌克兰战争。“在短缺结束或至少分配更多氦气之前，我们不会向您提供氦气，”销售经理写道。 实验室经理 Melissa Darby 和迈阿密戴德警察局指挥官 Stephanie Stoiloff 立即开始联系其他供应商。“我们检查了大约 15 家公司，只有一家回复了，”达比说。   那家公司同意向他们出售 10 辆坦克——但每辆坦克的价格为 1,800 美元，几乎是实验室通常支付的 25 倍。 实验室经理梅丽莎·达比（Melissa Darby）说，到目前为止，短缺并未导致处理案件的任何重大延误。 “我们还没有看到变化——还没有，”达比说。 尽管如此，该实验室通常在任何特定时间只运行其六台机器中的三台，以帮助节省气体。在紧要关头，氢气可以用来代替氦气，尽管它更易燃和危险。在其他情况下，科学家们可以回到老派，如果更耗时的识别药物的方法：使用显微镜。 “由于这种短缺，佛罗里达州的所有实验室，包括公共实验室、迈阿密 DEA 实验室和迈阿密-戴德县法医部门，都在节约使用氦气，”Stoiloff 写信给该协会。   感到泄气 日常消费者可能会在其他地方看到这种影响。派对气球行业也感到泄气——它是氦优先级图腾柱上最低的。   经营迈阿密派对气球公司的莫妮卡·罗德里格斯 (Monica Rodriguez) 通常可以毫不费力地找到氦气来填充构成她拱门和创意生日布置的彩色气球。通过当地的供应商，她过去可以以 150 美元的价格为她的四个气瓶中的一个加气。   现在，她的供应商无法装满她所有的油箱——仅仅一个气瓶就花了她 200 多美元。   “我现在只有一个完整的，”她说。“市场上没有足够的东西。” 迈阿密邦德派对租赁公司的卢卡斯邦德每周使用 10 辆坦克，每次 180 美元。他已经习惯了周期性的短缺——所以当他的供应商最近打电话告诉他，从 5 月开始，价格将上涨到每罐 240 美元时，这并不奇怪。 这是他不愿意转嫁给客户的成本。“这是一项奢侈品业务。一个气球 3 美元，你真的不能向客户收取更多的费用，”邦德说。“这非常令人沮丧。你只需要等到价格下降。”

它始于 1785 年，亨利卡文迪许发现，当从大气空气样本中去除氮和氧时，会残留少量气体。   让蒙特利尔人说出这座城市的标志性地标，您可能会听说圣约瑟夫大教堂、施瓦茨熟食店、奥林匹克体育场和五朵玫瑰霓虹灯。大约 70 年来，这个标志一直是城市天际线的一部分，直到 1977 年，“Flour”这个词被删除了，因为它实际上是英文，所以它实际上是“Farine 五玫瑰面粉”的一部分。但是，这个带有 15 英尺高的字母的标志，每晚仍然发出鲜红色的光，并提示您穿越霓虹灯的历史。   这段旅程始于 1785 年，当时科学家被称为“自然哲学家”亨利·卡文迪许，他发现当从样品中去除“燃素空气”（氮气）和“脱燃空气”（氧气）后，会残留少量气体大气的空气。卡文迪什无法识别这种气体，并且在接下来的 100 年里它一直是个谜，直到威廉拉姆齐和瑞利勋爵对这个问题感兴趣。他们让空气通过炽热的铜，以氧化铜的形式去除氧，然后通过热的镁，以氮化镁的形式去除氮。少量的气体，大约是原来的百分之一，仍然存在，它具有一种奇怪的特性。它不会进行任何化学反应！他们将这种残留物命名为“氩”，来自希腊语，意为“不活跃”或“懒惰”。   拉姆齐和同事莫里斯·特拉弗斯设法通过冷却来液化这种残留物，并发现当它被缓慢加热时，微量的其他气体会蒸发掉。这些被证明是一系列新元素，他们将希腊语中的氖、氪和氙分别命名为“新的”、“隐藏的”和“陌生人”。他们后来被称为“贵气”，因为和贵族一样，他们没有与平民交往的倾向。   在拉姆齐发现稀有气体之前大约 40 年，德国玻璃吹制工海因里希·盖斯勒（Heinrich Geissler）设法使用真空泵将玻璃管的一部分抽空。当他对安装在管子末端的电极施加高压时，管子内部开始发光。当时没有解释这种现象，这实际上是管中存在微量气体的结果。在现代量子理论中可以找到一个基本原理，它描述了原子中的电子如何以不同的能量状态存在。当它们吸收电能时，它们会被激发，并且在返回基态时，它们会以可见光的形式释放吸收的能量。如果管中存在微量的氮气，则发出的光是粉红色的，如果有二氧化碳，则发出的光是白色的，微量的汞蒸气会产生蓝绿色光。20世纪初，前爱迪生员工丹尼尔·摩尔利用这一观察结果，将“摩尔荧光灯”商业化。   惰性气体是看不见的，但拉姆齐发现，当密封在盖斯勒管中并通电时，氖气会产生明亮的橙红色光，他在 1904 年诺贝尔奖的获奖感言中兴奋地描述了这种光气体。然而，商业应用必须等到氖气可以大规模生产。这就是被称为“法国爱迪生”的乔治克劳德出现的时候。他的目标是液化空气，然后将其分馏以产生制造钢铁所需的氧气。克劳德设法在工业规模上做到了这一点，这也意味着现在可以大量生产副产品惰性气体，尤其是氖。受摩尔荧光灯管的启发，克劳德能够生产霓虹灯管。他在 1910 年的巴黎车展上首次展出了这些产品，并于 1912 年在巴黎的一家理发店安装了首个商业霓虹灯广告牌，为世界各地城市的霓虹灯广告闪电战开辟了道路。纽约时代广场成为一个霓虹灯盛会，其标志通过巧妙地打开和关闭各种形状的霓虹灯管，给人一种运动的错觉。大多数这些标志现在已被巨大的电视屏幕和更高效、更环保的 LED 照明所取代。   威廉拉姆齐接着确定了另一种惰性气体氡。当时，与放射性物质打交道的危险性尚不清楚，毫无疑问，结束他生命的鼻癌是由氡气排放引起的。虽然乔治·克劳德在霓虹灯方面的工作值得称赞，但他生活的另一个方面并不那么光彩照人。他公开支持法国与纳粹合作，为此他在战后受审并被判处无期徒刑。   随着计算机时代的到来，霓虹灯换上了另一件外衣。微型霓虹灯管在数字电路中用作二进制开关，第一台电子台式计算器具有大型霓虹灯读数。这些现在是历史遗迹，霓虹灯开关和读数被半导体芯片和 LED 显示器取代。但这并不意味着霓虹灯已被解雇。恰恰相反。这种气体是用于制造计算机芯片的激光器的关键成分。这种“准分子”激光器依靠氩气与氟的反应产生一个瞬态的氟化氩分子，然后随着发射的紫外线在镜子之间来回反射产生激光束，该分子会弛豫回氩和氟. 这里的物理非常复杂，   世界上使用的所有半导体级氖气中约有一半是由两家乌克兰公司生产的。这源于乌克兰是小麦和钢铁的主要生产国。小麦需要氨基肥料，生产需要氮，而炼钢需要氧气。这两种都是由液态空气产生的，氖是一种副产品。由于目前的战争，两家公司都停产了，让半导体芯片行业陷入了狂热。   也许现在您可以以更深刻的洞察力和钦佩的眼光看待五朵玫瑰标志。  

在又一次氦危机的边缘，自 2010 年以来的第四次！行业媒体上的报道比比皆是，供应商正在发送有关供应链问题、价格上涨和订单量限制的警告信。与 2019 年末和 2020 年初的上一次危机相比，目前的情况是更多的供应商限制分配（有时是“典型”使用量的 45% 到 65% 之间）而不是提高价格，尽管价格自然而然地随着供应收紧。   地下放射性形成的 He通常通过可渗透岩石释放到大气中（并随后迅速消失到太空中）；然而，在岩石不透水的地方，氦气被困在天然气沉积物旁边。低温高压分馏可用于从甲烷中分离氦和氮，随后在冷凝器中冷却以分离粗氦（其中含有 50-70% 的氦、1-3% 的残留甲烷、少量的氢气和氖，其余为氮气）。然后将这种粗氦冷却到 -315 oF，其中氮气和剩余的甲烷冷凝并排出。然后加入空气并在催化剂存在下加热，使氢气与空气中的氧气反应形成水蒸气，水蒸气可以通过冷却冷凝并排出。然后使用变压吸附 (PSA) 单元，通过使用微孔吸附剂 (3) 选择性去除，将高纯度氦气 (99.99%) 从任何剩余杂质中分离出来。在天然气沉积物中的氦浓度较低（通常低于 0.3% 体积）的情况下，公司使用更先进的多床 PSA 技术以经济可行的方式回收氦 (4)。作为238的半衰期U 大约有 45 亿年（地球估计大约有 47 亿年），每年产生极少量的“新”氦，因此它被赋予“不可再生资源”的地位。氦气被多种行业使用，包括磁共振成像 (MRI) 仪器的低温冷却、飞艇和火箭的提升气体、焊接、半导体制造以及泄漏检测工具，具有科学和分析用途氦气约占每年氦气消耗量的 20%。全球氦的总消费量（2021 年）估计约为 1.76 亿立方米，全球资源估计为 59 亿立方米（5），在当前消费水平上总共可以供应 335 年。   那么，鉴于氦储量丰富，目前供应问题的原因是什么？   美国国家（有时称为联邦）氦计划储备，目前由美国管理，土地管理局 (BLM) 位于德克萨斯州狭长地带的一个天然地下设施的悬崖边储存设施中，靠近阿马里洛周围的天然气田. 虽然一些氦气是在当地的气田中精炼的，但大部分是从美国北部的其他精炼设施通过管道输送到数百英里之外的。1920 年代的《矿产租赁法》将所有氦气生产保留给美国政府使用，而 1960 年的《氦气法修正案》允许美国矿业局安排五个私人工厂从天然气中回收氦气，实际上是政府购买了氦气储备. 到 1995 年，国家氦气储备含有 10 亿立方米的气体，但只有 1 美元。40 亿美元的债务和 1996 年的氦气私有化法案要求出售氦气储备以偿还这些债务。希望到 2015 年储备将被出售，私营企业将建立新的氦气来源以满足需求。至关重要的是，储备拍卖的定价低于市场价值，以确保快速偿还债务，保持全球定价相对较低，然而，储备的持续生产和维护成本导致了不可预测的价格调整达到市场水平，影响全球氦气价格。希望到 2015 年储备将被出售，私营企业将建立新的氦气来源以满足需求。至关重要的是，储备拍卖的定价低于市场价值，以确保快速偿还债务，保持全球定价相对较低，然而，储备的持续生产和维护成本导致了不可预测的价格调整达到市场水平，影响全球氦气价格。希望到 2015 年储备将被出售，私营企业将建立新的氦气来源以满足需求。至关重要的是，储备拍卖的定价低于市场价值，以确保快速偿还债务，保持全球定价相对较低，然而，储备的持续生产和维护成本导致了不可预测的价格调整达到市场水平，影响全球氦气价格   私营企业对氦气生产的兴趣确实符合美国政府 1996 年的预期，2013 年《氦气管理法案》签署成为法律，允许国家氦气储备的销售持续到 2021 年 9 月（现为 2022 年 9 月），有效结束联邦参与储备。这一法案有效地减缓了联邦氦气的销售，并允许土地管理局以更高的价格拍卖天然气。该法案阻止联邦政府削减私营生产商，从而鼓励更多的氦生产来源上线。   Cliffside BLM 的氦气公开销售的有效结束可能预示着未来的供应或定价问题，但是，在短期内，该设施还有其他问题。在 2021 年底停产四个月后，由于发现重大泄漏，该设施尚未恢复生产，导致全球供应量每年减少 1400 万立方米。   到 2023 年，俄罗斯阿穆尔地区的一家新生产工厂将在全球供应中再增加 20% 至 30% 的产能（高达 7000 万立方米），然而，2021 年 10 月发生火灾，随后 1 月发生爆炸和火灾2022 年目前该工厂的产能为零。没有建议的工厂上线日期，但我已经看到了六个月以上的估计。当然，俄罗斯与乌克兰的战争进一步加剧了阿穆尔工厂的供应，这导致了石油和天然气产品的进口禁运。     阿尔及利亚的 Arzew 设施通常通过液化天然气生产氦气，天然气通过集装箱船在全球范围内运输。这种压缩或液化过程使得在该设施中生产氦气在经济上可行，因为它在比天然气更高的压力和更低的温度下液化。同样，由于与乌克兰的战争，目前欧洲的天然气供应受到高度限制，来自 Arzew 的大部分天然气正通过管道通过西班牙直接输送到欧洲。由于管道运输不需要液化，因此目前提取氦气在经济上不可行，导致全球供应进一步减少。据估计，全球液化天然气产量较今年 1 月下降 30%，原因与上述类似，   这些只是造成当前供应链问题的部分原因。其他包括从卡塔尔通过沙特阿拉伯到阿拉伯联合酋长国的一个大型港口的天然气禁运（尽管这种情况现在显然已经解决）以及全球范围内一系列较小生产设施的各种维护和计划外停机。这场“完美风暴”导致了当前的供应链问题，其中任何一个问题都可能导致氦气供应出现“昙花一现”，但总体上却呈现出非常具有挑战性的供应形势。那么，氦供应的短期和中期前景如何？   显然，位于 Cliffside 的 BLS 工厂需要尽快恢复运行，而且我已经看到有关在 6 月之前重新开始生产的报告。然而，鉴于当前和可能持续的地缘政治局势，阿穆尔和阿泽夫设施的局势似乎没有短期解决方案。   中长期形势确实看起来更光明。一家大型气体供应商最近宣布再次在德克萨斯州开设世界上最大的氦气储存洞穴设施，其供应能力计划超过 BLM 工厂 (7)。新的公司正在形成以提取氦作为“纯游戏”资源，即纯氦提取的开采和勘探，而不是作为天然气精炼的副产品。萨斯喀彻温省、犹他州和坦桑尼亚正在开发站点，这些站点可以从 2024 年开始为该系统贡献大量容量。   从目前的研究来看，我认为短期供应问题不会很快解决，但从中长期来看，维持用于科学和医疗诊断用途的安全氦供应具有足够的商业和政治利益。

Avanti Energy Inc.宣布，他们已完成Flathead Cambrian位于蒙大拿州大纳彭的 WNG 11-22 Helium 井上的区域，是三个潜在区域中的第一个。WNG 11-22 井的两个 Souris River 区域（位于寒武纪井上）的完井和测试正在进行中，预计将在未来几周内公布结果。   Avanti Energy完成了 Flathead 寒武系带的酸化和清理过程，之后该井在 350 psig 的流动压力下在节流器上达到超过 4 mmscf/d 的峰值持续 6 天。     Avanti 首席执行官Chris Bakker评论道：“WNG 11-22 井的平头寒武纪带的测试结果进一步证明了 Avanti 的 Greater Knappen 资产的潜力。” “仅从Avanti的第二口井中获得这些结果是一个令人难以置信的结果，也证明了Avanti 整个团队的质量。”   Avanti 已与 IHSMarkit 签订合同来分析流量和堆积测试，并与 McDaniel & Associates 签订合同来评估储层的资源潜力。初步实验室结果显示，寒武纪带的气体成分为 97.5% 氮气、1.1% 氦气、1.1% 甲烷、0.3% 二氧化碳和微量其他碳氢化合物。由于主要气体是氮气，公司很高兴发现了绿色氦气，因为氮气不是温室气体，它可以安全地排放到大气中而不会对环境造成影响。   基于这些结果，该公司正在寻求基于 5 mmcf/d 的原料气入口生产率的设施设计，从而估计产生 55Mcf/d 的净氦气。对公开数据的回顾显示，加拿大第一和第二高产氦井的产量分别为 ~60Mcf/d 和 ~50.6Mcf/d 1。   “在可预见的未来，随着俄罗斯阿穆尔工厂的停产以及德克萨斯州阿马里洛的美国政府 (BLM) 工厂的停产，更广泛的氦气市场继续呈现出令人难以置信的有利条件，”Bakker 先生继续说道。“批发价超过600 美元/mcf，零售价高达 2,000 美元/mcf，我们的重点正在转向设施工程和商业协议，目标是尽快实现现金流。”   公司已向多家工程公司提交了一份 RFP，以进行设施设计，目标是尽快将 WNG 11-22 井投入生产，并制定评估井的钻井计划，以确定油藏的规模。 WNG 11-22 井。   关于阿凡提能源 Avanti Energy 专注于加拿大西部和美国的氦气勘探、开发和生产。Avanti 的专业油气勘探和生产团队正在积极瞄准未开发的潜在氦气储量，以帮助满足全球对先进技术、医疗和太空探索行业至关重要的不可替代和稀缺元素日益增长的需求。  

氦是一种化学元素，是一种无色、无臭、无味的气体。在日食期间太阳发出的光的光谱（将光分裂成不同颜色的光线）中首次注意到这一点。1868 年，法国天文学家皮埃尔·朱尔斯·詹森和他的英国同事约瑟夫·诺曼·洛克耶（Joseph Norman Lockyer）能够观察到一条新的浅黄色线，这在科学界之前是未知的。事实证明，这是一种以前未知的元素的显示方式，后来被称为氦。   就在宇宙中的分布而言，氦在氢之后位居第二，但在我们的星球上这种气体并不多。直到 1895 年，苏格兰化学家威廉拉姆齐才从矿物硅藻土中分离出氦。   “存款”分类 今天，这种稀有元素是从天然气中提取的。奥伦堡天然气加工厂正在俄罗斯这样做。所发现的沉积物在天然气中仅含有 0.055% 的氦，这将该来源归类为“贫乏”。“富”矿床可称为所需物质的百分比不低于 0.5% 的矿床。如果氦气在气体中的份额为0.1-0.5%，那么这样的场就称为“普通”场。   自然界中的氦 陆地氦最常由铀 235、钍和铀 238 及其不稳定的衰变产物衰变形成。气体慢慢地积聚在地壳中。数百万年来，一吨花岗岩中含有 10 克钍和 2 克铀，只产生 0.5 立方厘米（或 0.09 毫克）的元素。只有少数富含钍和铀的矿物可以拥有高含量的氦。此外，大部分矿物经过风化、重结晶等过程，导致氦逸出。释放的气泡可以溶解在地下水中或通过矿物中的裂缝和孔隙逃逸到大气中。   氦气生产 我们的星球上有多达 410 亿立方米的氦气。大量矿床分布在中国、美国、俄罗斯、阿尔及利亚。全世界人类每年总共生产氦气约1.75亿立方米，其中俄罗斯生产的氦气不超过500万立方米。这是因为这种天然气最丰富的矿床位于尚未建立生产的西伯利亚和远东地区。   氦是如何从天然气中产生的 从天然气中提取氦气包括两个阶段。作为低温冷凝的结果，可以获得氦浓缩物，其中已经存在 80% 的所需物质。接下来，您需要清除所产生的浓缩物中的杂质（方法取决于元素）：氢气、氩气、氖气、氮气、甲烷。   氦气的应用 氦气具有许多有用的特性，包括导电性和导热性。在许多领域，这些属性是必需的。气体通常用于航空、火箭、核工业和电子工业以及医药。   1915 年，德国首次使用氦气，他们开始用它填充飞艇。很快，这种轻质且不易燃气体成为航空交通工具不可或缺的填充物。1930 年代，由于化学家、冶金学家和机械制造商开始关注这种元素，人们对飞艇建造的兴趣减弱，导致氦产量减少，尽管只持续了很短的时间。   氦气非常轻，因此可以在浸入水中或用于航空（气球、飞艇）时使用。   这种气体是无毒的，可以吸入而不损害健康。正是由于这个原因，各种呼吸混合物通常由它制成。   这些可以是用于进行沉箱工程或水肺潜水的组合物。这种气体范围与其在水和血液中的低反应性和溶解度有关。   最近，氦气经常用于核工业：这种物质是核反应堆的良好冷却剂。气体也在冶金中找到了自己的位置：在焊接金属时，可以用氦气创造一个保护环境。   氦气使获得超低温成为可能，在大型强子对撞机中充当冷却剂。它用于制造 MRI 机器、阿波罗火箭和卫星设备。它在光纤和半导体的生产中用作惰性气体。氦气激光器用于超市的收银台扫描条形码。   由于其低密度，气体被用作气球的填充物，用于装饰和研究目的。例如，在气象学中，需要使用氦气球来将测量仪器提升到所需的高度。   我们有足够的氦气吗？ 据俄罗斯天然气工业股份公司 VNIIGAZ 预测，到 2030 年，整个行业将需要约 238-3.12 亿立方米，远高于预计产量（213-2.38 亿立方米）。自然会出现短缺，这只能通过提高世界各地的氦产量水平来避免。俄罗斯联邦政府已经采取必要措施，在恰亚丁、科维廷斯基和西伯利亚其他地区为如此重要的资源建立生产中心。

GGE 与 Paradox Resources 的新联盟旨在快速跟踪和优化当前活跃的氦市场中存在的商业机会。   Grand Gulf Energy 已与氦精炼商和销售商 Paradox Resources 建立战略联盟，以寻求几个先进的机会，以优化和优先考虑近期对新兴氦市场的敞口。   Paradox 拥有位于犹他州的里斯本谷氦气工厂，位于 Red Helium 项目以北约 20 英里处——该工厂将成为重新启动 Paradox 液化器的优先供应商，能够生产高纯度 99.9995% 的氦气，从而吸引溢价超过 1,000 美元/mcf。   “Grand Gulf 还将与氦工厂所有者 Paradox Resources 合作，向半导体制造商和航天工业等高科技最终用户进行营销，并探索任何集体企业交易和机会，”他说。“战略联盟已经确定了两种可能产生收入的二氧化碳处置方案，这两种方案都将在短期内得到更充分的发展。”GGE 聘请了一位在氦气加工、销售和营销方面拥有丰富经验的专业氦气顾问，以促进和推动战略联盟。   氦气市场前景 持续供应方面，GGE 表示，包括美国政府 BLM Cliffside 设施停电（全球供应量 10%）和阿穆尔设施事件（全球供应量 10-20%）等问题给全球市场，尤其是美国市场带来了极大压力现货市场。  

中国正通过创新驱动发展的国家战略，努力成为量子技术的世界领先者。来自上海的一组研究人员声称已经开发出一种新型冷却系统，可以产生量子计算机运行所需的极低温度。   大多数量子机器的核心部件——从计算机到卫星——检测和操纵易受热干扰的亚原子粒子以存储和处理信息，因此这些机器需要在接近绝对零的条件下运行。   为了保持系统的“量子态”， 必须 尽量减少任何破坏脆弱位置的风险，例如温度的最轻微升高会导致原子和分子过度移动并增加内部亚原子粒子的电压它们从而改变了它们的量子态。   Helium-3——地球上极为稀有   冷却最先进的量子硬件需要氦 3，这是一种氦的同位素，在带走热量方面具有无与伦比的效率。然而，氦 3 在地球上极为罕见，主要供应来自老化的核弹头。   在不到二十年的时间里，Helium-3 对量子研究和其他颠覆性技术的需求呈指数增长，其价格上涨了 40 多倍。   此外，不是任何人都可以购买它。例如，在美国，Helium-3 是为数不多的基于军事原因受到政府严格生产和分销控制的商品之一。   中国科学院上海技术物理研究所党海正教授和他的同事在上周发表在国内同行评审科学公报上的一篇论文中表示，他们已经为一些要求最苛刻的量子建立了强大的冷却系统。完全不使用任何 Helium-3 的机器。   Helium-4 超级流体 这种新的冷却装置利用了 Helium-4，这是另一种氦同位素。Helium-4 比 Helium-3 丰富得多，但在极端条件下作为冷却剂的效果较差   氦 4 在低至 2 开尔文（-271 摄氏度）的温度下会变成 超流体，无论重力如何都会爬墙，并且变得更加难以控制。   超流体可以做其他流体无法做到的事情，那就是违反重力定律并爬上容器的壁并逃脱。   党教授的团队开发了一个理论模型，可以在一定程度上预测 Helium-4 在超流体状态下的流动行为。   他们建造的冷却系统的工作原理类似于家用冰箱，但活动部件很少。它由脉冲能源驱动并以高频率运行以提高传热效率。   为了遏制 Helium-4 的不规则行为，党教授的团队添加了一个特殊组件来阻止反重力爬升。据研究人员称，该设备的一部分还必须采用质量极高的组件制造，其精度是当今主流产品的两倍。   在他们的实验中，新的冷却装置将超导纳米线单光子探测器（一种常用于量子机器的光学传感器）保持在 1.8 开尔文的温度下超过两周（15 天）。   研究人员声称，这项实验的结果表明，Helium-4 有可能在一些最苛刻的应用中完全取代 Helium-3，例如太空任务。     根据研究人员的粗略估计，找到一种 Helium-3 替代品可以将雷达中的量子技术成本降低至少 10%。   2016年，中国电子科技集团公司第十四研究所智能传感技术重点实验室的一组中国研究人员 声称 已经开发出一种“量子雷达”，可以探测到100公里以内的目标。   当时的中国媒体 将这种雷达称为 隐形战斗机的“克星”。首席研究员说，该系统不仅可以跟踪隐形飞机，还可以跟踪“高层大气及以上的高速飞行物体”——即弹道导弹。   量子技术的大规模应用 除此之外，中国对量子技术发展做出的一些最重要的贡献包括世界上第一颗量子卫星、最长的量子通信网络和最快的量子计算机。   然而，以上所有这些都是使用 Helium-3 冷却的传感器开发的，而 Helium-4 的使用可以进一步实现量子技术的大规模应用。   也就是说，新冷却装置的可行性值得怀疑，因为实验是在实验室中进行的。   但重要的是，曾经被斥为模仿外国发达技术的中国正在引领与量子技术等新兴技术相关的创新。   习近平主席在去年 10 月召开的中国共产党第十九次全国代表大会上宣布，到 2035 年，中国应该成为“全球创新引领者”。   根据“十三五”规划，中国启动了量子通信与计算“大工程”，旨在到2030年在这些技术上实现重大突破，包括扩大中国国家量子通信基础设施、发展通用量子计算机原型，以及实用量子模拟器的构建。

奥斯汀（KXAN）——国家气象局每年两次在全国范围内发射数百个气象气球。最近的氦气短缺，由于俄罗斯入侵乌克兰而加剧，导致其中一些气象气球发射被取消。 KXAN 上个月一直在调查这些取消可能对我们的预测产生的影响以及导致短缺的原因。 根据新布朗费尔斯国家气象局办公室的气象学家马修·布雷迪（Matthew Brady）的说法，在 101 个发射气象气球的地点中，有 12 个依靠氦气上升。在这 12 个站点中，有 5 个站点不得不将它们的发布次数从每天两次减少到每天一次。 这些站点主要位于东海岸： 纽约州奥尔巴尼 纽约州纽约市 佛罗里达州塔拉哈西 北卡罗来纳州格林斯伯勒 南卡罗来纳州查尔斯顿 布雷迪说：“国家气象局发出气象气球，以获取全国大气的快照。” 他说气象气球非常重要，因为它们提供了有关高层大气天气状况的少数信息来源之一。这些数据对于试图预测天气的气象学家来说是必不可少的。 受影响的站点之一格林斯伯勒最近恢复了每天两次的发布。其他四个站点正在限制他们的发射，但布雷迪表示，如果预报中有重大天气，他们将进行发射。 氦气短缺怎么办？ 德克萨斯大学奥斯汀分校经济地质局的地质学家 Toti Larson 表示，有几个因素导致了全球氦气短缺。“氦气的产量下降。氦气的消费量正在上升。” 拉尔森说，氦气不仅用于气球，还用于冷却医院的 MRI 机器和半导体生产，这是当今供应短缺的另一件事。 经济地质局的任务是在世界各地寻找氦气等气体。为此，拉森和他的团队可以使用三个仓库，里面装满了从世界各地收集的岩石样本。“我们正试图了解可用的资源，以及它们在地球上的什么位置。” 他们测试岩石样本以确定其中所含矿物质的方法之一是使用扫描岩石的光谱仪。他们在这台机器中使用氦气。 氦气主要与石油和天然气一起开采。 “氦是由岩石中的铀和钍衰变产生的。但它的收集就像在岩石中收集天然气一样，”拉森说。 “关于氦的难点之一是它非常罕见。因此，即使我们说我们的氦浓度很高，它也只是总气体的百分之几，”拉尔森说，在开采氦时，回收的大部分是其他类型的气体。 世界上哪里有氦气？ 美国是氦的主要来源之一。我们有几个地方，比如蒙大拿州，可以找到高浓度的地方。几十年来，美国的供应过剩。 “氦气，历史上一直储存在美国得克萨斯州的狭长地带，靠近阿马里洛，那是我们拥有战略氦气储备的地方。自 80 年代以来，我们一直在消耗战略性氦气储备，”拉森说。这种储备的开采导致氦的价格下跌，但也导致了短缺。 世界氦气的另一个主要供应国：俄罗斯。 “俄罗斯是氦气的主要供应国，他们确实生产了相当多的氦气。所以现在随着俄罗斯发生的那种地缘政治，对美国氦气的需求将会更大，”拉尔森说。 是什么让氦气如此特别？ 氦是一种惰性气体，因此是惰性的。 “由于是惰性的，它不会像其他气体那样与事物发生反应，”拉森说，因此它可以安全地用于各种事物。 另一种惰性气体氖也以类似的方式使用。它可以在半导体和灯泡的生产中找到。氖是通过从空气中提取纯化的氧气来开采的，基本上是地球上具有超高浓度氧气的区域。 “乌克兰恰好是一个非常大的纯氧生产国，”拉尔森说。 氦气比空气轻。另一种比空气轻的气体是氢气。 “氦与氢的区别在于氢不是惰性的（如氦和氖），因此它可能具有爆炸性，”拉尔森说。 布雷迪说，这就是一些办公室在发射时仍然使用氦气的原因。其中一些发射发生在主要城市或在建筑物附近进行。 NWS 表示，较少的气球发射不会对当地的预测产生重大影响。附近的雷达和其他传感器将能够填补大部分数据空白。 由于短缺，NWS 计划在未来几年寻找减少对氦气的依赖的方法。

半导体芯片短缺何时结束？ 由于半导体短缺，汽车的生产再次摇摇欲坠。也称为芯片短缺，这种缺乏必要组件的问题几个月来一直是一个重大问题。不幸的是，尽管与短缺有关的情况有所好转，但似乎只会变得更糟。短缺最初是由于 Covid-19 大流行在中国停止生产的结果。然而，乌克兰和俄罗斯之间持续的冲突现在让事情变得更加倒退。这就引出了一个问题，短缺何时结束？ 是什么导致芯片短缺？ 最初，芯片短缺来自 Covid-19 大流行。这些半导体芯片大部分是在中国生产的。因此，随着中国关闭以阻止病毒的传播，半导体芯片的生产被推迟了几个月。 随着美国汽车制造商和其他半导体芯片用户恢复全面生产，缺乏库存芯片最终成为一个问题。半导体的生产正在恢复正常。然而，芯片短缺的新根源出现了——俄罗斯入侵乌克兰。 据Vox称，乌克兰是最大的氖气供应国之一。除其他外，霓虹灯对于生产这些半导体芯片是必不可少的。不幸的是，俄罗斯的入侵对生产产生了明显的影响。 Ingas 和 Cryoin 是霓虹灯的两大主要供应商，总部位于乌克兰城市 Mariupol 和 Odesa。俄罗斯多次轰炸马里乌波尔。此外，NPR 报道称，俄罗斯最近轰炸了敖德萨，以摧毁一座石油加工厂。 在这些芯片的生产中，氖用于激光器。激光雕刻硅，这些芯片的主要材料。光刻步骤是激光将硅蚀刻到电路板上的微小电路中。由于芯片非常小，需要控制激光的确切波长，这就是氖在生产过程中的用途。因此，没有氖，就没有半导体生产。不幸的是，乌克兰的破坏导致全球范围内的霓虹灯严重短缺 没有人能说芯片短缺何时结束 不幸的是，事实是，只有在乌克兰冲突结束时，短缺才能结束。但是，这并不是说一旦战争结束，它就会结束。考虑到破坏，乌克兰基础设施完全恢复可能需要几个月甚至几年的时间。 今年早些时候，AutoEvolution表示，现代预计将在 2022 年下半年恢复其芯片供应。此外，该报告指出，乐观的芯片供应量将在 2023年恢复到 2020 年前的水平。然而，这是在乌克兰遭到袭击之前的二月份。 可悲的是，芯片短缺并不是乌克兰发生的最严重的事件。成千上万的无辜民众在家中面临战区条件。因此，虽然您在六个月内无法获得那辆新车或您的宝马没有触摸屏可能有点遗憾，但值得记住的是，我们没有最糟糕的情况。 现在世界所能做的就是等待。